INFORME GRUPO 2A - MAQUETA BIOTECNOLOGIA

1. MAYO 2023 UNAM-ILO GRUPO 2A GRUPO 2A INFORME: ELABORACION MAQUETA ARTESANAL: SECUENCIADOR DE ADN MISEQ Y SECUENCIADOR DE ADN PORTÁTIL MINION BIOTECNOLOGIA BIOTECNOLOGIA BIOTECNOLOGIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL

2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL “Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional” INFORME: ELABORACIÓN DE MAQUETA ARTESANAL “SECUENCIADOR DE ADN MISEQ Y SECUENCIADOR DE ADN PORTÁTIL MINION” Trabajo Presentado por: Yunguri Huamani, Sunmi Mirian Colana Coayla, Shirley Vanessa Amesquita Gonzales, Melany Del Carmen Coacalla Cutimbo, Jorge Luis Curso: Biotecnología Docente: Soto Gonzales, Hebert Hernan ILO-PERU Mayo, 2023

3. ÍNDICE RESUMEN................................................................................................................................3 1. INTRODUCCIÓN................................................................................................................4 2. OBJETIVOS.....................................................................................................................5 Objetivo general:............................................................................................................5 Objetivo específicos.......................................................................................................5 3. MARCO TEÓRICO............................................................................................................ 6 3.1. Secuenciadores de ADN MiSeq y MinION:.................................................................6 3.2. Secuenciador de ADN MiSeq:......................................................................................6 3.2.1. Componentes Secuenciador ADN Miseq.............................................................7 3.2.2. Funcionamiento Secuenciador ADN Miseq.........................................................8 3.3. Secuenciador de ADN MinION:...................................................................................8 3.3.1. Componentes secuenciado ADN Minion.............................................................9 3.3.2. Funcionamiento Secuenciador de ADN MinION..............................................10 3.4. Principios de funcionamiento:.....................................................................................11 3.5. Aplicaciones y ventajas:..............................................................................................12 4. MATERIALES Y PROCEDIMIENTO........................................................................... 13 4.1. Materiales....................................................................................................................13 4.2. Procedimiento..............................................................................................................14 4.2.1. Elaboración maqueta Secuenciador ADN Miseq...............................................14 4.2.1. Elaboración maqueta Secuenciador ADN MinION...........................................16 5. RESULTADO......................................................................................................................18 5.1. Resultado Maqueta secuenciador ADN MinION..................................................18 5.2. Resultado Maqueta secuenciador ADN MiSeq...................................................18 6. CRONOGRAMA............................................................................................................... 19 7. CONCLUSIONES..............................................................................................................19 BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................20 ANEXO................................................................................................................................... 21 2

4. RESUMEN El Mseq y el MinION representan una nueva era en el análisis de ADN, donde la secuenciación genómica se ha vuelto más accesible y eficiente que nunca. Estas herramientas están allanando el camino para una mayor comprensión de la genética y están cambiando la forma en que abordamos la investigación y el diagnóstico en numerosas áreas de la ciencia y la medicina. El presente informe describe el proceso de elaboración de una maqueta artesanal de un secuenciador de ADN, utilizado en el campo de la genética. La finalidad de esta maqueta es proporcionar una representación visual de este importante dispositivo científico, con el objetivo de facilitar la comprensión de su funcionamiento y promover el interés en la genética y la biología molecular . En primer lugar, se llevó a cabo una investigación sobre el diseño y las características del secuenciador de ADN MiSeq y se recopiló información técnica, imágenes y diagramas para comprender adecuadamente su estructura y funcionamiento,luego se optó por utilizar materiales como cartón, plástico, pintura y diversos elementos de manualidades para recrear los distintos componentes de manera realista. Finalmente, se realizó una presentación de la maqueta para un grupo de estudiantes universitarios interesados en la genética y la biología molecular. Durante la presentación, se explicaron los distintos componentes del secuenciador y se describieron los pasos básicos del proceso de secuenciación de ADN. La maqueta proporcionó una herramienta visual y táctil que ayudó a los estudiantes a comprender mejor cómo funciona este dispositivo científico. 3

5. 1. INTRODUCCIÓN La era de la genómica ha traído consigo un avance significativo en nuestra comprensión de la estructura y función del ADN. Los avances en la tecnología de secuenciación han permitido secuenciar genomas completos de manera más rápida y asequible que nunca. Entre los secuenciadores más destacados en la actualidad se encuentran el Mseq y el MinION, dos herramientas revolucionarias que han transformado el campo del análisis de ADN. El secuenciador de ADN Mseq ha desempeñado un papel crucial en la democratización de la secuenciación genómica. Con su tecnología de secuenciación masiva paralela, el Mseq puede procesar grandes volúmenes de muestras de ADN de manera simultánea, lo que permite una secuenciación de alta capacidad y eficiencia. Este enfoque ha abierto las puertas a una amplia gama de aplicaciones, desde la investigación científica hasta la medicina personalizada, al permitir una secuenciación de alto rendimiento a un costo más asequible. Por otro lado, el MinION ha revolucionado la secuenciación de ADN con su tecnología de nanoporos. Este dispositivo portátil y de bajo costo permite la secuenciación en tiempo real y en cualquier lugar. El MinION ha democratizado aún más el acceso a la secuenciación de ADN al eliminar la necesidad de costosos equipos de laboratorio y proporcionar una solución portátil y fácil de usar. Su tamaño compacto y su capacidad para generar secuencias largas han sido especialmente valiosos en aplicaciones de campo, como la investigación en biodiversidad, el monitoreo de enfermedades infecciosas y el análisis forense. El uso combinado de estos dos secuenciadores, el Mseq y el MinION, ha permitido avances significativos en el análisis genético y ha abierto nuevas posibilidades en la investigación científica y el diagnóstico médico. Su capacidad para generar secuencias de ADN rápidamente y con gran precisión ha impulsado la identificación de variantes genéticas, el estudio de la evolución y la comprensión de las enfermedades genéticas, entre otros campos. Para la elaboración de la maqueta se comienza con la investigación de los equipos, secuenciador de ADN Mseq y Minion necesarios para el análisis de ADN. Luego nos 4

6. familiarizamos con sus características y funciones basándose en un análisis de información, se diseña la disposición de los equipos en tu maqueta. Luego, se reúne los materiales necesarios para construir la maqueta, como cartón, plástico, papel, pegamento, pintura, marcadores, etc. Utiliza el cartón o material seleccionado para construir la base de la maqueta, asegurándose de que sea lo suficientemente sólida para soportar los equipos. Puedes dibujar o imprimir imágenes de los equipos y pegarlas en la estructura para representar cada uno. Una vez que la maqueta esté completa, prepárate para presentar y demostrar cómo se realiza el análisis de ADN utilizando los equipos representados. Explica el propósito de cada equipo y cómo se utilizan en el proceso de análisis de ADN. 2. OBJETIVOS Objetivo general: ● Elaborar una maqueta artesanal de un secuenciador de ADN MiSeq y secuenciador de ADN MinION con el fin de proporcionar una representación visual. Objetivo específicos ● Realizar una investigación sobre las características del secuenciador de ADN MiSeq y secuenciador ADN MinION, recopilando información técnica, imágenes y diagramas que sirvan como referencia para la construcción de la maqueta. ● Presentar la maqueta, explicando el procedimiento de su elaboración y los componentes de los secuenciadores ● Evaluar la efectividad de la maqueta como herramienta de enseñanza y su capacidad para promover la comprensión y el interés en la secuenciación de ADN 5

7. 3. MARCO TEÓRICO El secuenciamiento de ADN se ha convertido en una herramienta fundamental en la genética y la biología molecular, permitiendo el análisis detallado de la composición genética de organismos y brindando información crucial para comprender los mecanismos biológicos. Entre las tecnologías de secuenciación más destacadas se encuentran los secuenciadores de ADN MiSeq y MinION, que pertenecen a la categoría de secuenciadores de nueva generación 3.1. Secuenciadores de ADN MiSeq y MinION: El secuenciador de ADN MiSeq, desarrollado por Illumina, utiliza una tecnología de secuenciación por síntesis basada en la amplificación de fragmentos de ADN y la incorporación de bases nucleotídicas marcadas fluorescentemente. Por otro lado, el secuenciador de ADN MinION, desarrollado por Oxford Nanopore Technologies, se basa en la tecnología de nanoporos, donde los fragmentos de ADN pasan a través de poros nanométricos y las bases nucleotídicas se detectan a medida que atraviesan los poros. 3.2. Secuenciador de ADN MiSeq: El secuenciador de ADN MiSeq es una plataforma desarrollada por Illumina que utiliza la tecnología de secuenciación por síntesis. Este secuenciador se basa en la amplificación de fragmentos de ADN en clústeres en una superficie sólida y la adición secuencial de bases nucleotídicas marcadas fluorescentemente. La detección de la señal generada por cada incorporación permite la reconstrucción de la secuencia de ADN. El MiSeq ofrece una alta capacidad de secuenciación, con la posibilidad de generar millones de lecturas de alta calidad en una sola ejecución. Esto lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones, desde secuenciación de genomas completos hasta estudios de metagenómica y análisis de variantes genéticas. 6

8. Figura 01: Secuenciador de ADN Miseq 3.2.1. Componentes Secuenciador ADN Miseq El secuenciador de ADN MiSeq es un dispositivo complejo que consta de varios componentes clave que permiten llevar a cabo la secuenciación de ADN de nueva generación. A continuación se describen algunos de los componentes principales del secuenciador MiSeq: Figura 02: Componentes deSecuenciador de ADN Miseq 7

9. 3.2.2. Funcionamiento Secuenciador ADN Miseq A continuación, se describe de manera general el funcionamiento del secuenciador MiSeq: A. Preparación de la muestra: Se extrae el ADN de la muestra de interés y se realiza una preparación específica para la secuenciación, que puede incluir amplificación y etiquetado del ADN. B. Carga de la muestra: La muestra preparada se carga en un cartucho de reactivos que contiene todos los componentes necesarios para la secuenciación. C. Ciclos de secuenciación: El secuenciador MiSeq realiza ciclos repetidos de secuenciación para determinar las bases de nucleótidos de la muestra. Cada ciclo consta de las siguientes etapas: D. Registro de señales: Las señales luminosas generadas por los fluoróforos se registran y se convierten en secuencias de bases de nucleótidos, lo que permite reconstruir la secuencia del ADN original. E. Análisis de datos: Los datos de secuenciación obtenidos se procesan mediante software especializado para realizar el ensamblaje de las secuencias, la identificación de variantes genéticas y otros análisis bioinformáticos. El secuenciador de ADN MiSeq es capaz de generar millones de lecturas de secuencias en una sola ejecución, lo que lo convierte en una herramienta poderosa para el estudio de genomas, el descubrimiento de variantes genéticas y la investigación en biología molecular 3.3. Secuenciador de ADN MinION: El secuenciador de ADN MinION, desarrollado por Oxford Nanopore Technologies, se basa en la tecnología de nanoporos. En este enfoque, los fragmentos de ADN pasan a través de poros nanométricos en una membrana, y las bases nucleotídicas generan cambios medibles en 8

10. la corriente eléctrica a medida que pasan por los poros. Estos cambios se registran y se utilizan para reconstruir la secuencia de ADN. El MinION ofrece la ventaja de ser portátil y de proporcionar resultados en tiempo real, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de campo y situaciones en las que se requiere una respuesta rápida. Además, tiene la capacidad de secuenciar fragmentos largos de ADN, lo que facilita el estudio de regiones genéticas repetitivas y la resolución de estructuras complejas del genoma. Figura 03: Secuenciador de ADN MinION 3.3.1. Componentes secuenciado ADN Minion El secuenciador de ADN MinION también consta de varios componentes clave que permiten realizar la secuenciación de ADN utilizando tecnología de nanoporos. A continuación se describen algunos de los componentes principales del secuenciador MinION: 9

11. Figura 04: Componentes de Secuenciador de ADN MinION 3.3.2. Funcionamiento Secuenciador de ADN MinION El secuenciador de ADN MinION es un dispositivo portátil y de tamaño reducido utilizado para la secuenciación de ADN en tiempo real. A continuación se describe de manera general su funcionamiento: A. Preparación de la muestra: Se extrae el ADN de la muestra de interés y se realiza una preparación específica para la secuenciación, que puede incluir la amplificación de fragmentos de ADN y la adición de adaptadores necesarios para la secuenciación. B. Carga de la muestra: La muestra preparada se carga en el secuenciador MinION, que consta de un dispositivo USB conectado a un ordenador o dispositivo móvil. 10

12. C. Secuenciación mediante nanoporos: El secuenciador MinION utiliza una tecnología de secuenciación basada en nanoporos. Los nanoporos son pequeños orificios en una membrana a través de los cuales se pasa el ADN. D. Paso de las moléculas de ADN a través de los nanoporos: Las moléculas de ADN se insertan en los nanoporos uno a uno, y a medida que pasan a través de ellos, se generan señales eléctricas características. E. Detección de la secuencia de bases: A medida que el ADN pasa a través de los nanoporos, las bases de nucleótidos generan cambios en las corrientes eléctricas detectadas. Estos cambios son utilizados para identificar la secuencia de bases del ADN. F. Registro de las señales y análisis de datos: Las señales eléctricas registradas se convierten en secuencias de bases utilizando algoritmos y software especializados. Los datos de secuenciación se almacenan y se someten a análisis bioinformáticos posteriores. El secuenciador de ADN MinION ofrece ventajas en términos de portabilidad y tiempo real, lo que permite su uso en aplicaciones de campo y en investigaciones que requieren resultados rápidos. Aunque la secuenciación mediante nanoporos puede presentar ciertos desafíos, el MinION ha demostrado ser una herramienta valiosa en la secuenciación de ADN en diversos contextos. 3.4. Principios de funcionamiento: El secuenciador MiSeq utiliza un enfoque de secuenciación por síntesis, donde los fragmentos de ADN se amplifican en clústeres en una superficie sólida y se realiza la secuenciación mediante la adición de bases nucleotídicas fluorescentes de manera secuencial, con la detección de la señal generada por cada incorporación. Por su parte, el secuenciador 11

13. MinION permite la secuenciación en tiempo real al permitir que los fragmentos de ADN pasen a través de poros en una membrana y se detecten mediante cambios en la corriente eléctrica. 3.5. Aplicaciones y ventajas: Los secuenciadores MiSeq y MinION ofrecen una amplia gama de aplicaciones en la investigación genética y la medicina ,por lo que tiene sus ventajas y desventajas los cuales mostraremos: 12

14. 4. MATERIALES Y PROCEDIMIENTO 4.1. Materiales Estructura: ● Cartón reciclado ● Plástico (Hoja de acetato) ● Papel Lustre ● Cartulina ● Papel Aluminio ● impresiones (imágenes) ● Tecnopor Herramientas y Materiales de Construcción: ● Cúter o cuchilla ● Pegamento (silicona) ● Cinta adhesiva ● Tijera ● Regla ● Goma en Barra ● Plumones ● Lápices Recursos Adicionales: ● Documentación técnica y diagramas del secuenciador MiSeq ● Planos o diseños conceptuales de la maqueta (previamente creados) ● Ordenador o laptop para visualizar la estructura 13

15. 4.2. Procedimiento 4.2.1. Elaboración maqueta Secuenciador ADN Miseq PASO 1: Para comenzar con la elaboración de la maqueta de secuenciador de adn miseq se empezó por la recolección de materiales y por la recolección de información, sobre los componentes del equipo , para comenzar con la estructura empezamos a cortar una caja de cartón. PASO 2: Luego de terminar de construir la estructura para la maqueta , comenzamos con el forrado de la estructura, para lo cual usamos el papel lustre y silicona o goma en barra 14

16. PASO 3: Posteriormente, procedimos a elaborar la estructura interna de la maqueta, empleando con precisión papel cartulina y aplicando con destreza cinta adhesiva estratégicamente para fortalecer y asegurar la estructura. PASO 4: Terminamos el proyecto añadiendo imágenes que reflejen de manera precisa la interfaz de pantalla del secuenciador de ADN MiSeq. Además, procedimos a colocar los logotipos de la marca de manera meticulosa, asegurándonos de cubrir cualquier imperfección en los espacios. 15

17. 4.2.1. Elaboración maqueta Secuenciador ADN MinION PASO 1: Para elaborar la maqueta de secuenciador de ADN MinION , empezamos por recolectar los materiales e información sobre los componentes del equipo , una vez tengamos todo, empezamos por elaborar las bases con cartón PASO 2: Continuamos con la estructura ,para lo cual utilizamos como material tecnopor , y hacemos un corte para la base y otro para la tapa, seguido forramos los lados con cartulina 16

18. PASO 3: Forramos toda la estructura del secuenciador ADN MinION , por lo cual se uso cartulina de color blanco ,gris y para imitar el color del metal se uso papel aluminio PASO 4: Luego forramos el interior de la maqueta , y para simular la celda interna interna usamos una imagen a la medida y lo cubrimos con papel acetato para que ofrezca una imitación al vidrio 17

19. 5. RESULTADO 5.1. Resultado Maqueta secuenciador ADN MinION El resultado de la elaboración de la maqueta artesanal de secuenciador portatil MiniON , elaborado con materiales reciclable : 5.2. Resultado Maqueta secuenciador ADN MiSeq El resultado de la elaboración de la maqueta artesanal de secuenciador portatil MiSeq, elaborado con materiales reciclable : 18

20. 6. CRONOGRAMA 7. CONCLUSIONES ● Realizar una investigación sobre el diseño y las características del secuenciador de ADN MiSeq y el secuenciador de ADN MinION ha sido fundamental para el desarrollo de la maqueta y través de esta investigación, se ha obtenido un profundo conocimiento de los componentes, la tecnología y el funcionamiento de ambos secuenciadores. ● Los pasos y procesos involucrados en la construcción han sido expuestos de manera clara y ordenada, lo que facilita la replicación y comprensión de la maqueta. Además, la descripción de los componentes ha permitido una apreciación detallada de cómo se asemejan a los secuenciadores reales y cómo interactúan entre sí para llevar a cabo la secuenciación de ADN. ● La maqueta ha brindado una experiencia práctica, permitiéndonos interactuar y explorar los componentes de los secuenciadores. Esta interacción ha estimulado su curiosidad y ha facilitado la comprensión de los conceptos teóricos asociados con la secuenciación de ADN. Además, la maqueta nos muestra en la secuenciación de ADN como una herramienta poderosa en la investigación científica, fomentando la motivación y el entusiasmo por aprender más sobre la biotecnología. 19

21. BIBLIOGRAFÍA secuenciador de nueva generación para ADN Illumina, Inc. (2015). Http://Twitter.com/MedicalExpoNews. https://www.medicalexpo.es/prod/illumina-inc/product-83632-604825.html Secuenciador MiSeq Illumina – ARQUIMED MEDICA. (2018). Arquimed.cl. https://www.arquimed.cl/medica/product/miseq/ MinION. (2023, May 11). Oxford Nanopore Technologies. https://nanoporetech.com/products/minion MinION: un secuenciador de bolsillo - Genotipia. (2019, April 23). Genotipia. https://genotipia.com/genetica_medica_news/minion-secuenciador-de-bolsillo/ Reza, R., & Teresa, M. (2014). La secuenciación del DNA: consideraciones históricas y técnicas. Revista Colombiana de Biotecnología, 16(1), 5-8. Rodríguez Pérez, H. (2019). NanoDJ: Una herramienta bioinformática para el análisis de datos del secuenciador de ADN MinION. Rodríguez Pérez, H. (2019). NanoDJ: Una herramienta bioinformática para el análisis de datos del secuenciador de ADN MinION. Illumina MiSeq /MiSeq 2 - MYCO Instrumentation. (2020). MYCO Instrumentation. https://myco-instrumentation.com/es/producto/illumina-miseq-dna-sequencer-2/ 20

22. ANEXO 21

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